DE102007040152A1

DE102007040152A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Treiben einer LED

Info

Publication number: DE102007040152A1
Application number: DE102007040152A
Authority: DE
Inventors: Kenji Sagamihara Yamamoto; Richard Lum Kok Keong
Original assignee: Avago Technologies ECBU IP Singapore Pte Ltd
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2006-08-29
Filing date: 2007-08-24
Publication date: 2008-03-13
Anticipated expiration: 2027-08-25
Also published as: US7564198B2; CN101137261A; CN101137261B; US20080094000A1; JP2008059811A; JP5188690B2; DE102007040152B4

Abstract

Ein LED-Beleuchtungsgerät eines AC-Leistung getriebenen Typs, das einen vergleichsweise einfachen Aufbau und eine hohe Leistungseffizienz hat. Das Gerät vergleicht eine Signalspannung (gleichgerichtete Spannung), erhalten mittels Gleichrichtens einer AC-Quelle mit einer vorbestimmten Referenzspannung, und steuert EIN/AUS eines Treiberstroms zu jeder LED eines LED-Arrays in Reaktion auf ein Vergleichsergebnis. In diesem Aufbau erlaubt eine große Spannung der AC-Quelle das Beleuchten einer größeren Anzahl von LEDs, wohingegen eine kleine Spannung davon die Beleuchtung einer geringeren Anzahl von LEDs ermöglicht, dadurch wird die Leistungseffizienz des LED-Beleuchtungsgeräts verbessert.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Leuchtdioden (LED) Beleuchtungsgeräte, und insbesondere ein LED-Beleuchtungsgerät, das für ein Beleuchtungssystem und ein zugehöriges Beleuchtungsverfahren geeignet ist.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Ein grundlegendes Beispiel einer konventionellen LED-Treibereinheit, welche eine LED mittels einer kommerziellen AC-Quelle treibt und in einem Beleuchtungssystem einsetzbar ist, wird Bezug nehmend auf die Zeichnungen beschrieben.
8 ist eine schematische Ansicht, die ein Ausführungsbeispiel eines LED-Beleuchtungsgeräts gemäß dem Stand der Technik zeigt. In der Figur sind bereitgestellt eine kommerzielle AC-Quelle 400; ein Vollwellengleichrichterschaltkreis 401, gebildet aus Gleichrichterdioden 401₁ bis 401₄ zum Gleichrichten der kommerziellen AC-Quelle; ein strombegrenzender Widerstand 402, der an einen Plus-Ausgabeanschluss A des Vollwellengleichrichterschaltkreises 401 angeschlossen ist, zum Begrenzen eines Stroms, der in einem LED Array 403 fließt; das LED-Array 403, das eine Anzahl N (N≥1) von LEDs 403₁ bis 403_N hat, die seriell geschaltet sind; ein Kondensator 404 zum Glätten einer Ausgabe des Vollwellengleichrichterschaltkreises (siehe zum Beispiel 7 der offengelegten japanischen Patentpublikation Nr. H11-67,471).
9 zeigt ein anderes LED-Beleuchtungsgerät, das mit einem Netztransformator 406 versehen ist, gemäß dem Stand der Technik. Bereitgestellt sind ein strombegrenzender Widerstand 502 und ein Kondensator 504 zum Glätten. In 8 und 9 bezeichnen entsprechende Bezugszeichen entsprechende Elemente. Der Netztransformator 506 ist zum Heruntertransformieren einer Spannung der kommerziellen AC-Quelle auf ein erforderliches Niveau, und dies erlaubt eine Modifikation in der Anzahl von LEDs 403 in Serie, abhängig von dem Designzweck.
10 zeigt noch ein anderes LED-Beleuchtungsgerät gemäß dem Stand der Technik. Zur Umrichteffizienz hat das Gerät einen DC/DC-Konverter 604 mit einem eingebauten Transformator (nicht gezeigt). Es ist ein strombegrenzender Widerstand 602 bereitgestellt. Entsprechende Bezugszeichen in 8 und 10 beziehen sich auf entsprechende Elemente.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In dem herkömmlichen Aufbau, wie in 8 gezeigt, muss ein Kondensator 404 mit einer hohen Spannung und einer großen Kapazität verwendet werden, um eine Spannung höher als die totale Summe von Vorwärtsspannungen von LEDs zuzuführen, was nachteilhafterweise zu einem größeren und teueren Gerät führt. Ferner hat der strombegrenzende Widerstand 402, der in einem Strompfad zu LEDs inkorporiert ist, einen Stromfluss zum Beleuchten aller LEDs, und daher besteht ein Nachteil des Gerätes darin, dass der Leistungsverbrauch an den strombegrenzenden Widerstand groß ist.
In dem herkömmlichen Aufbau, wie in 9 gezeigt, hat das Gerät eine große Größe und Gewicht und ist aufgrund der Bereitstellung des Netztransformators teuer. Ferner hat das Gerät ein Problem, dass ein Leistungsverbrauch an dem strombegrenzenden Widerstand noch groß ist.
In dem herkömmlichen Aufbau, wie in 10 gezeigt, wird erwartet, dass Leistungseffizienz aufgrund der Bereitstellung des DC/DC-Konverters im Vergleich zu den Aufbauten von 8 und 9 verbessert ist. Allerdings ist zusätzlich zu dem DC/DC-Konverter mit eingebautem Transformator ein EMI-Filter zum Unterdrücken von Rauschen erforderlich, das mittels des DC/DC-Konverters erzeugt wird, was nachteilhafterweise zu einem größerem und teuren Gerät führt.
Wie oben beschrieben, können alle der LED-Beleuchtungsgeräte gemäß dem Stand der Technik nicht simultan beide Probleme hinsichtlich Größe/Kosten und Leistungseffizienz lösen. Ferner erfordert das Gerät mit einem DC/DC-Konverter zusätzlich eine Antirauschen-Maßnahme. Das Problem der Leistungseffizienz wird insbesondere ernst, wenn ein Beleuchtungssystem unter Verwendung weißer LEDs als eine Alternative zu einer elektrischen Glühbirne oder einer Fluoreszenzlampe gestaltet wird.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein LED-Beleuchtungsgerät und ein Beleuchtungsverfahren dazu bereitzustellen, welche eine hohe Leistungseffizienz haben und keine besondere Antirauschen-Maßnahme erfordern. Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen eines LED-Beleuchtungsgeräts, das eine kleinere Größe und einen einfachen Aufbau hat (daher kostengünstig), ohne einen Kondensator, der eine große Spannung und eine große Kapazität hat, einen Netztransformator und einen DC/DC-Konverter.
Die vorliegende Erfindung stellt ein LED-Beleuchtungsgerät bereit, welches mittels einer AC-Leistung ein aus einer Mehrzahl von seriell geschalteten LEDs gebildetes LED-Array beleuchtet, welches selektiv Beleuchtung oder Nicht-Beleuchtung von jeder LED des LED-Arrays abhängig von der Größe der AC-Quellspannung steuert, dadurch wird eine AC-Quelle effizient verwendet.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Signalspannung (im Weiteren „gleichgerichtete Spannung"), erhalten mittels Gleichrichtens einer AC-Quelle, mit einer vorbestimmten Referenzspannung verglichen. Wenn die AC-Quellenspannung größer als die Referenzspannung ist, werden mehr LEDs beleuchtet. Wenn sie kleiner ist, werden weniger LEDs beleuchtet. In diesem Fall ist es vorzuziehen, solch eine maximale Anzahl von LEDs zu beleuchten, die mittels der Quellenspannung zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt beleuchtet werden können, um eine Leistungsquelle effizient zu verwenden.
Die vorliegende Erfindung kann ein LED-Beleuchtungsgerät mit hoher Leistungseffizienz bereitstellen. Ferner kann die vorliegende Erfindung solch ein LED-Beleuchtungsgerät mit einer stärker reduzierten Größe bei geringeren Kosten ohne Ergreifen einer besonderen Antirauschen-Maßnahme bereitstellen.
KURZE BESCHREIRUNG DER FIGUREN
1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines LED-Beleuchtungsgeräts gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt ein spezifisches Aufbaubeispiel von 1, wenn N=7 ist;
3 ist ein schematisches Diagramm eines Aufbaus zum Erklären eines Betriebs eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
4 zeigt eine Wellenform einer gleichgerichteten Spannung mittels Gleichrichtens einer AC-Quellenwellenform mit einem Voll wellengleichrichterschaltkreis;
5 ist eine Zeichnung zum Erklären der Bedingung des Beleuchtens/Nicht-Beleuchtens von LEDs, wenn sich die gleichgerichtete Spannung ändert, im Fall eines LED-Arrays mit fünf seriell geschalteten LEDs;
6 zeigt einen exemplarischen Schaltkreis einer floatenden Stromquelle des LED-Beleuchtungsgeräts von 1;
7 ist ein schematisches Blockdiagramm eines LED-Beleuchtungsgeräts mit einer parallelen Anordnung von LEDs gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
8 ist eine schematische Zeichnung, die ein LED-Beleuchtungsgerät gemäß dem Stand der Technik zeigt;
9 ist eine schematische Zeichnung, die ein anderes LED-Beleuchtungsgerät gemäß dem Stand der Technik zeigt; und
10 ist eine schematische Zeichnung, die ferner ein anderes LED-Beleuchtungsgerät gemäß dem Stand der Technik zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
Die vorliegende Erfindung wird basierend auf spezifischen Aufbauten von Ausführungsbeispielen beschrieben. Allerdings wird zuvor ein Betriebskonzept davon Bezug nehmend auf 3 und 4 beschrieben.
3 ist ein schematisches Blockdiagramm zum Erklären eines Betriebs eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 4 zeigt eine Wellenform einer gleichgerichteten Spannung über eine Periodenzeit T davon (zum Beispiel T=1/50 Sek.), die mittels Vollwellengleichrichtens einer AC-Quellenwellenform erhalten wird.
Wie in 3 gezeigt, wird zum Treiben von LEDs eine gleichgerichtete Spannung V_i an ein LED-Array angelegt, das eine Anzahl N von seriell geschalteten LEDs hat (LED₀ bis LED_N-1: N wird basierend auf den Erfordernissen des Ausführungsbeispiels geeignet bestimmt). SW₀ bis SW_N-1 sind ein EIN/AUS-Schalter eines Treiberstroms zu einer entsprechenden LED. Wenn ein Schalter EIN ist, sind eine Anode und eine Kathode einer entsprechenden LED kurzgeschlossen, so dass kein Strom über diese LED fließt. Wenn der Schalter AUS ist, fließt ein Strom über die entsprechende LED zum Beleuchten der LED. Dieses EIN-AUS des Schalters wird mittels eines Schaltersteuerschaltkreises 10 gesteuert.
Der Schaltsteuerschaltkreis 10 steuert vorzugsweise den Schalter zum Beleuchten solch einer maximalen Anzahl von LEDs, die mittels einer gleichgerichteten Spannung beleuchtet werden können, erzeugt zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt zum effizienten Verwenden einer Leistungsquelle. Daher wird ein solcher bevorzugter Fall hierin beschrieben. Das heißt, wenn solch eine maximale Anzahl von LEDs, die mittels einer gleichgerichteten Spannung getrieben werden können, angelegt zu einer gegebenen Zeit, k ist (0 < k ≤ N), steuert der Schaltersteuerschaltkreis 10 SW₀ bis SW_N-1, so dass ein Strom zu einer Anzahl k von Leuchtdioden fließt. Für eine einfache Erklärung, angenommen, dass die Vorwärtsspannung unter all den LEDs dieselbe ist, kann irgendeine der Anzahl k von Schaltern ausgeschaltet sein. Zum Beispiel können SW₀ bis SW_k-1 ausgeschaltet sein und andere Schalter eingeschaltet sein (in diesem Fall, falls eine größere Anzahl von Schaltern als die Anzahl k ausgeschaltet sind, sind alle LEDs nicht beleuchtet).
Zum Ermitteln einer maximalen Anzahl von LEDs, die mittels einer gleichgerichteten Spannung treibbar sind, ist es notwendig, die Größe einer gleichgerichteten Spannung zu irgendeiner gegebenen Zeit zu definieren. In diesem Ausführungsbeispiel wird eine solche Ermittlung mittels Vergleichens einer gleichgerichteten Spannung mit einer vorbestimmten Referenzspannung durchgeführt.
In 4 stellen VREF₀, VREF₁, VREF₂, ..., VREF_N-2 und VREF_N-1 eine Anzahl N von Referenzspannungen dar, die voneinander unterschiedlich sind, und diese erfüllen VREF₀ < VREF₁ < VREF₂ < ... < VREF_N-1 < VREFN_N-1.
Wenn eine gleichgerichtete Spannung Vi die Bedingung VREF₀ ≤ V_i < VREF₁, VREF₂ ≤ Vi < VREF₂, ..., VREF_N-2 ≤ Vi < VREF_N-1 oder VREF_N-1 < Vi erfüllt, werden diese Referenzspannungen so eingestellt, dass eine maximale Anzahl von treibbaren LEDs zum Beispiel 1, 2, ... bzw. N-1 ist. In der Praxis können diese Referenzspannungen basierend auf einer Vorwärtsspannung von jeder LED ermittelt werden.
Der Betrieb des Geräts, wenn eine Referenzspannung wie oben beschrieben eingestellt wird, wird wie folgt bezüglich der Zeit (=T/4) bis zu 1/4 Zyklus einer gleichgerichteten Spannungswellenform in 4 entlang der Zeitachse beschrieben. Bis zu der Periode 0 bis t0 ist eine gleichgerichtete Spannung kleiner als die Referenzspannung VREF₀, daher ist die Anzahl zu beleuchtender LEDs Null. Entsprechend kann nachfolgend eine Anzahl 1, 2, ..., N-1, N von LEDs während der Zeitperioden t0 bis t1, t1 bis t2, ..., t_N-2 bis t_N-1 und t_N-1 bis T/4 leuchten. Für die verbleibende 1/4 Zeitperiode von T/4 bis T/2 wird die Anzahl zu beleuchtender LEDs auf dieselbe Weise ermittelt. Allerdings nimmt in diesem Fall, da die gleichgerichtete Spannung abnimmt, die Anzahl zu beleuchtender LEDs Schritt für Schritt von N abhängig von der Überschneidung jeder Referenzspannung und einer gleichgerichteten Spannung ab.
Als nächstes wird 5 zum Erklären verwendet, wie die Beleuchtungs-/Nicht-Beleuchtungsbedingungen von fünf LEDs, die in einem LED-Array in Serie geschaltet sind, gesteuert und verändert werden, wenn sich die gleichgerichtete Spannung ändert.
Als Aufbauelemente entsprechend Schaltern (SW₀ bis SW_N-1) in 3 werden hierbei DMOS (Double Diffused MOS) Transistoren mit einem geringen EIN-Widerstand verwendet. Eine floatende Stromquelle ist zum Begrenzen eines Stroms zu dem LED-Array vorgesehen. Die floatende Stromquelle hat eine Spannungseingabe von 0 (Minimum) bis V_PEAK (Maximum) in einem Spannungsbereich einer vollwellengleichgerichteten AC-Eingabe, das heißt einem Spannungsbereich der gleichgerichteten Spannung.
In der Figur werden DMOS Gates, die mit „EIN"-Leitungen verbunden sind, getrieben, so dass DMOS in einem EIN-Zustand sind, wohingegen DMOS Gates, die an „AUS"-Leitungen angeschlossen sind, Null Volt haben und in einem AUS-Zustand sind. Abhängig von dem EIN-/AUS-Zustand eines DMOS wird eine mit jedem DMOS verbundene LED beleuchtet oder nicht beleuchtet (LED mit einem weißen Raum wird beleuchtet und LED mit festem Schwarz wird nicht beleuchtet).
In der Nachbarschaft (Position a oder e an der Wellenform in der Figur), wo eine gleichgerichtete Spannungswellenform einen minimalen Wert hat, ist der höchste DMOS AUS und eine damit verbundene LED beleuchtet, wohingegen darunter liegende DMOS EIN sind und alle unteren vier LEDs nicht beleuchtet sind, wie als A oder E angezeigt. In der Nachbarschaft (Position c an der Wellenform in der Figur), wo die gleichgerichtete Spannungswellenform einen maximalen Wert hat, sind alle DMOS AUS und alle der fünf LEDs sind beleuchtet, wie mit C angezeigt. In Abschnitten zwischen diesen beiden Positionen (zum Beispiel Position b oder d an der Wellenform in der Figur) sind zwei oder mehr DMOS EIN und andere DMOS sind AUS, in Reaktion auf den Wert einer gleichgerichteten Spannung, wie als B oder D angezeigt. Wie oben beschrieben, werden LEDs in einer Sequenz beleuchtet oder nicht beleuchtet wie Auf- und Nieder-Flüssigkeitssäulen eines Temperaturindikators in Reaktion auf Veränderungen in der Größe einer gleichgerichteten Spannung.
Source and Drain eines EIN-Zustand DMOS hierin haben eine Spannung nahe Null. Dies zeigt an, dass es nicht notwendig ist, eine hohe Sourcespannung als eine Spannung für solch ein DMOS Gate anzulegen, was für einen sicheren Betrieb eines DMOS sehr wichtig ist. Das heißt, dass das DMOS Gate mit einer kleinen Spannung EIN-/AUS-geschaltet werden kann, und eine hohe Spannung tritt nur zwischen Source und Drain eines AUS-Zustand DMOS auf. In solch einem Aufbau erhöht eine hohe gleichgerichtete Spannung AUS-Zustands DMOS, und daher wird eine an die DMOS angelegte Spannung für viele seriell geschaltete AUS-Zustand DMOS aufgeteilt, so dass jeder AUS-Zustand DMOS eine kleinere Source/Drain-Spannung hat, von jedem AUS-Zustand DMOS erniedrigt wird. In dem in der Figur gezeigten Aufbau wird jede DMOS Source-Drain-Spannung mittels einer Vorwärtsspannung einer entsprechenden LED arretiert.
Zur Vereinfachung der Erklärung sind in dem Ausführungsbeispiel fünf LEDs seriell geschaltet. Allerdings ist es in einem praktischen Schaltkreis wünschenswert, dass ein LED-Array eine größere Anzahl von seriell geschalteten LEDs hat, zum Minimieren eines Leistungsverlustes an einer floatenden Stromquelle und zum Optimieren der Effizienz in Verwendung einer gleichgerichteten Spannung.
1. Erstes Ausführungsbeispiel
Im Weiteren wird ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung Bezug nehmend auf 1 beschrieben. 1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines LED-Beleuchtungsgeräts gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Eine AC-Quelle 100 und ein Gleichrichterschaltkreis 101 in 1 können ähnlich zu denen herkömmlicher Aufbauten sein, wie sie in 8 bis 10 gezeigt sind. Als die AC-Quelle für ein LED-Beleuchtungsgerät wird im Allgemeinen eine kommerzielle Quelle (die zum Beispiel 100 V bis 220 V und 50 Hz bis 60 Hz hat) unter Berücksichtigung allgemeiner Vielseitigkeit verwendet, allerdings kann eine andere AC-Quelle als eine kommerzielle Quelle verwendet werden. Die Verwendung einer Einphasen-AC-Quelle wird in diesem Ausführungsbeispiel angenommen, aber Dreiphasen-AC, etc., können als die Quelle verwendet werden.
Bezugszeichen 101 bezeichnet einen Vollwellengleichrichterschaltkreis, aufweisend vier gleichgerichtete Dioden 101₁ , 101₂ , 101₃ und 101₄ , welcher eine kommerzielle AC-Quelle zum Ausgeben einer gleichgerichteten Spannungswellenform gleichrichtet, wie exemplarisch in 4 dargestellt, zwischen einem Plus-Ausgabeanschluss A und einem Minus-Ausgabeanschluss B.
Bezugszeichen 102 bezeichnet eine floatende Stromquelle, die an den Plus-Ausgabeanschluss A des Vollwellengleichrichterschaltkreises 101 zum Steuern einer Menge des durch ein LED-Array 103 fließenden Stroms angeschlossen ist, wobei der Aufbau und Betrieb davon unten beschrieben ist.
Bezugszeichen 103 bezeichnet ein LED-Array, wobei eine Anzahl N+1 von Hochintensitäts-LEDs 103₀ bis 103N seriell geschaltet sind. Unter diesen LEDs wird eine Anzahl N von LEDs 103₀ bis 103_N-1 gesteuert, um beleuchtet oder kurzgeschlossen zu sein, mittels eines LED-Beleuchtungssteuerschaltkreises in einem unten beschriebenen Chip 200. In diesem Ausführungsbeispiel werden Hochintensitäts-LEDs für den Zweck verwendet, einen Festkörperbeleuchtungsapparat bereitzustellen, aber es können LEDs mit einer normalen Intensität verwendet werden. Für eine einfache Erklärung wird angenommen, dass all die LEDs dieselbe Vorwärtsspannung haben.
Bezugszeichen 104 bezeichnet einen strombegrenzenden Widerstand zum Begrenzen eines Stroms zu dem Chip 200. Ein Anschluss des Widerstands ist an den Plus-Ausgabeanschluss A des Vollwellengleichrichterschaltkreises 101 angeschlossen, und der andere Anschluss ist an einen Leistungsanschluss (VCC) eines IC-Chips angeschlossen. Der andere Anschluss ist auch an einen Haltekondensator 106 und eine Kathode einer Zener Diode 201 angeschlossen, welche unten beschrieben werden.
Bezugszeichen 105 bezeichnet einen Spannungsteiler, der zwischen Ausgabeanschlüssen A und B des Gleichrichterschaltkreises 101 zum Aufteilen einer Ausgabespannung (gleichgerichtete Spannung) des Gleichrichterschaltkreises 101 mittels Widerständen 105₁ und 1052 angeschlossen ist, und die aufgeteilte Spannung einem Anschluss V_SENSE des Chips 200 zuführt. Diese Spannungsteilung dient zum Anpassen der Spannung auf eine Spannungs-Lebensdauer-Charakteristik des IC-Chips des LED-Beleuchtungssteuerschaltkreises 200, der unten beschrieben ist. Widerstandswerte der Widerstände 105₁ und 105₂ werden so bestimmt, um in solch einen Spannungsbereich zu fallen, dass der LED- Beleuchtungssteuerschaltkreis in dem Chip 200 dies als Eingabespannung an dem V_SENSE-Anschluss behandeln kann (die Widerstandswerte der Widerstände 105₁ und 105₂ können auf 135 kOhm und 5 kOhm eingestellt werden, so dass eine Spannung an dem V_SENSE-Terminal 5V ist, wenn der Plus-Ausgabeanschluss A eine Peak-Spannung von 140 V hat).
Bezugszeichen 106 bezeichnet einen Haltekondensator, der an den Minus-Ausgabeanschluss B des Vollwellengleichrichterschaltkreises 101 angeschlossen ist. Der Haltekondensator arbeitet mit der Zener Diode 201 zum Zuführen einer stabilen DC-Spannung zu dem Chipversorgungsanschluss VCC zusammen. Der Haltekondensator 106 ist parallel zu der Zener Diode 201 geschaltet. Ein exemplarischer Spannungswert an dem Chipversorgungsanschluss VCC ist 5 V, und der Haltekondensator hat eine Kapazität von zum Beispiel 0.1 μF.
Ein Abschnitt 200, der von einer fetten gestrichelten Linie umgeben ist, ist ein Chip, der den LED-Beleuchtungssteuerschaltkreis trägt (hierin der Einfachheit halber als Steuerschaltkreis bezeichnet), was unten beschrieben wird. Der Schaltkreis wird zum selektiven Steuern von Beleuchtung oder Kurzschluss von jeder LED in dem LED-Array 103 betrieben, in Reaktion auf die Größe der Spannung an dem Anschluss V_SENSE, oder der Größe der AC-Leistungsspannung. Im Weiteren wird der Chip 200 auch als ein Steuerschaltkreis 200 bezeichnet.
Als nächstes wird der Aufbau des Steuerschaltkreises 200 beschrieben. Bezugszeichen 202 bezeichnet eine Referenzwiderstandsreihe zum Erzeugen einer Mehrzahl von unterschiedlichen Referenzspannungen, und weist eine Anzahl N+1 von seriell geschalteten Widerständen 202₀ bis 202_N auf. Die Referenzwiderstandsreihe 202 ist zwischen dem Chipversorgungsanschluss VCC und einem Erdanschluss GND bereitgestellt, wobei der höchste Widerstand 202N an den Versorgungsanschluss VCC angeschlossen ist, und der niedrigste Widerstand 202₀ an den Erdanschluss GND angeschlossen ist. Jede Referenzspannung wird als eine Spannung zwischen zwei angrenzenden Widerständen in der Referenzwiderstandsreihe 202 erhalten. Jeder Widerstand funktioniert als ein Spannungsteilwiderstand zum Teilen einer konstanten Spannung an dem Anschluss VCC in eine Anzahl N von unterschiedlichen Referenzspannungen Vref₀, Vref₁, ..., Vref_N-1. Diese Spannungen erfüllen Vref₀ < Vref₁ < ... < Vref_N-1. Es sollte angemerkt werden, dass diese Referenzspannungen mit Spannungen verglichen werden, die mittels Teilens einer gleichgerichteten Spannung mit einem Spannungsteiler erhalten werden, und daher sind diese Spannungen üblicherweise unterschiedlich von den Referenzspannungen VREF₀ bis VREF_N-1 in 4.
Bezugszeichen 203 bezeichnet einen Komparatorschaltkreis, welcher eine an den Anschluss V_SENSE angelegte Spannung (im Weiteren bezeichnet als V_SENSE-Spannung, und die Größe davon wird als Vd beschrieben) mittels des Spannungsteilers 105 mit der obigen Mehrzahl von unterschiedlichen Referenzspannungen vergleicht, um dadurch ein Vergleichsergebnissignal zu erzeugen, das deren Größenrelationen anzeigt. Der Komparatorschaltkreis weist eine Anzahl N Komparatoren 203₀ bis 203_N-1 auf. Jeder Komparator treibt seine Ausgabe zu: einem niedrigen Logikpegel, wenn eine invertierende Eingabespannung nicht weniger als eine nicht invertierende Eingabespannung ist; und einem hohen Logikpegel, wenn eine invertierende Eingabespannung kleiner als eine nicht invertierende Eingabespannung ist. Wie in der Figur gezeigt, hat jeder Komparator eine V_SENSE-Spannung als eine invertierende Eingabe, und jede Referenzspannung als eine nicht invertierende Eingabe.
Im Speziellen hat der höchste Komparator 203_N-1 eine V_SENSE-Spannung als eine invertierende Eingabe und eine Referenzspannung Vref_N-1 als eine nicht invertierende Spannung, an einem Kontaktpunkt zwischen dem höchsten Widerstand 202_N und einem Widerstand 202_N-1 angrenzend dazu in der Referenzwiderstandsreihe 202. Nachfolgend haben Komparatoren 203₁ und 203₀ Referenzspannungen Vref₁ und Vref₀ als nicht invertierende Eingaben, an Kontaktpunkten zwischen Widerständen 202₂ (nicht gezeigt) und 202₁ bzw. 202₁ und 202, auf dieselbe Weise.
Bezugszeichen 204 bezeichnet einen Beleuchtungs-LED-Auswahlschaltkreis, welcher jedes Schalterelement in einem nachfolgenden Schalterschaltkreis ein-/ausschaltet, in Reaktion auf eine Ausgabe von dem vorherigen Schritt des Komparatorschaltkreises 203, und bestimmt dadurch eine LED des LED-Arrays 103 zur Beleuchtung oder Nicht-Beleuchtung. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist dieser Schaltkreis eine Anzahl N-1 von Zwei-Eingabe ODER-Elementen auf.
Zwei Eingaben eines ODER-Elements werden an Ausgaben von zwei Komparatoren angeschlossen, die in dem Komparatorschaltkreis aneinander angrenzen. Zum Beispiel ist eine Eingabe eines ODER-Elements 204₁ an eine Ausgabe eines Komparators 203₁ angeschlossen, und die andere Eingabe davon ist an eine Ausgabe eines Komparators 203₂ (nicht gezeigt) angeschlossen, der direkt über dem Komparator 203₁ vorliegt. Eine Eingabe eines ODER-Elements 204₀ ist an eine Ausgabe des Komparators 203₁ angeschlossen, und die andere Eingabe davon an eine Ausgabe eines Komparators 203₀ angeschlossen. Daher haben, wenn ein Komparator eine hohe Pegelausgabe hat, zwei an diesen Komparator angeschlossene ODER-Elemente hohe Pegelausgaben. Der Grund für diese Verbindungsstruktur ist, dass, wenn die Aufmerksamkeit auf einem FET in der Figur fokussiert ist und eine Spannung zwischen Gate und Source dieses FETs für das Leiten (Einschalten) zwischen Drain und Source dieses FETs gesteuert ist, ein Einschalten von allen FETs unterhalb dieses FETs in der Figur eine Gate-Spannung relativ zu einem Potential eines an die niedrigste Spannung eines IC-Chips anzuschließenden Anschlusses absenken kann. Dies ist für das Schaltkreisdesign angenehm. Ferner kann dieses Struktur, da der IC-Chip eine Spannungs-Lebensdauer-Charakteristik bei einer relativ geringen Spannung bietet, das Risiko des Anlegens einer hohen Spannung an den IC-Chip verringern.
Bezugszeichen 205 bezeichnet einen Schalterschaltkreis zum Ein-/Ausschalten eines Treiberstroms an jeder LED in dem LED-Array 103, das heißt zum Schalten, ob ein Treiberstrom zu jeder LED zum Beleuchten fließt oder ob ein Treiberstrom an jeder LED zum Nicht-Beleuchten gestoppt wird. Dieser Schalterschaltkreis weist eine Mehrzahl von Schalterelementen auf, und diese Schalterelemente können Transistorschalter sein. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein DMOS-Transistor (im Weiteren als ein DMOS-Schalter bezeichnet) als ein Transistor adoptiert, und eine Anzahl N von DMOS-Schaltern 205₀ bis 205_N-1 bilden den Schalterschaltkreis. Jeder DMOS-Schalter ist parallel zu einer korrespondierenden LED geschaltet. Insbesondere sind Drain und Source von jedem DMOS-Schalter 205₀ bis 205_N-1 Anode und Kathode von jeder korrespondierenden LED 103, ..., 103_N-1 in dem LED-Array 103 über GND und V₀, ..., V_N-2 oder V_N-1 Anschluss des Chips 200.
Der höchste DMOS-Schalter 205_N-1 hat eine Basis, welche direkt an eine Ausgabe des Komparators 203_N-1 angeschlossen ist, und jeder von anderen DMOS-Schaltern hat eine Basis, die an eine Ausgabe jedes korrespondierenden ODER-Elements angeschlossen ist. Wenn ein bestimmtes ODER-Element eine hohe Pegelausgabe hat, wird ein DMOS-Schalter eingeschaltet, der an dieses ODER-Element angeschlossen ist. Daher fließt kein Strom durch eine LED, die zwischen Drain und Source dieses DMOS-Schalters angeschlossen ist, was zu Nicht-Beleuchten der LED führt. Dieser Zustand ist äquivalent zu einem Zustand, in dem Anode und Kathode der LED durch den DMOS-Schalter elektrisch kurzgeschlossen sind. Dieser Zustand wird hier „LED ist kurzgeschlossen" genannt. Zusätzlich wird der Zustand, in dem ein DMOS-Schalter ausgeschaltet ist und ein Strom durch eine LED fließt, als „LED ist beleuchtet" bezeichnet.
Im Weiteren werden Kurzschluss/Beleuchtungssteuerung von LED mittels eines Steuerschaltkreises 200 mit den obigen Aufbauelementen Bezug nehmend auf 2 beschrieben, die einen Hauptabschnitt des Steuerschaltkreises 200 zeigt, wenn in 1 N=7. In der Figur steuert der Steuerschaltkreis 200 Beleuchten/Kurzschluss von sieben (7) LEDs 103₀ bis 103, und diese sieben LEDs werden hierin insbesondere „gesteuerte LEDs" genannt.
In diesem Ausführungsbeispiel wird, wenn keine LEDs des LED-Arrays 103 kurzgeschlossen sind, jede Referenzspannung in Reaktion auf Spannungsteilverhältnis des Spannungsteilers in 1 eingestellt, so dass eine maximale Anzahl von LEDs, die mittels einer gleichgerichteten Spannung beleuchtet werden können, 1, 2, 3, 4, 5, 7 oder 8 ist, wohingegen die gleichgerichtete Spannung in einem Bereich korrespondierend zu einem V_SENSE-Spannungs (Vd) Bereich von Vref₀ ≤ Vd < Vref₁, Vref₁ ≤ Vd < Vref₂, Vref₂ ≤ Vd < Vref₃, Vref₃ ≤ Vd < Vref₄, Vref₄ ≤ Vd < Vref₅, Vref₅ ≤ Vd < Vref₆ oder Vref₆ ≤ Vd ist. Hierin kann, wenn Vd gleich Vref₀, Vref₁, Vref₂, Vref₃, Vref₄, Vref₅ oder Vref₆ ist, eine gleichgerichtete Spannung die niedrigste Spannung unter solchen Spannungen sein, die 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 8 LEDs maximal beleuchten kann, wenn keine LEDs des LED-Arrays 103 kurzgeschlossen sind. Eine gleichgerichtete Spannung korrespondierend zu dem Bereich von Vref₅ ≤ Vd < Vref₆ kann maximal 7 LEDs beleuchten. Allerdings erlaubt der Aufbau von 2 praktisch die Beleuchtung von 6 LEDs, wenn Vref₅ ≤ Vd < Vref₆.
In diesem Zusammenhang, unter der Annahme, dass: der Beleuchtungs-LED-Auswahlschaltkreis 204 von 2 zum Beispiel entfernt wird; Ausgaben von Komparatoren 203₀ bis 203₆ direkt an Basen von korrespondierenden DMOS 205₀ bis 205₆ angeschlossen sind; und LED 103₇ entfernt ist, eine maximale Anzahl von LEDs, die mittels einer gleichgerichteten Spannung beleuchtet werden können, auf 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7 eingestellt wird, wenn keine LEDs des LED-Arrays 103 kurzgeschlossen sind, wohingegen die gleichgerichtete Spannung in einem Bereich korrespondierend zu V_SENSE Spannung (Vd) Bereich von Vref₀ ≤ Vd < Vref₁, Vref₁ ≤ Vd < Vref₂, Vref₂ ≤ Vd < Vref₃, Vref₃ ≤ Vd < Vref₄, Vref₄ ≤ Vd < Vref₅, Vref₅ ≤ Vd < Vref₆ oder Vref₆ ≤ Vd ist. Zusätzlich ist die maximale Anzahl von LEDs, die beleuchtet werden können, identisch zu der Anzahl von LEDs, die praktisch beleuchtet sind. Daher kann dieser Aufbau immer die maximale Anzahl von LEDs beleuchten, die mittels einer gleichgerichteten Spannung zu einem gegebenen Zeitpunkt beleuchtet werden können. Hierin wird das Ausführungsbeispiel basierend auf einem Beleuchtungs-LED-Auswahlschaltkreis 204 mit dem in 2 gezeigten Aufbau beschrieben.
Zuerst wird das Gerät, wenn die V_SENSE-Spannung (Vd) kleiner als Vref₀ ist, wie folgt betrieben. Da die V_SENSE-Spannung (Vd) kleiner als alle der Referenzspannungen ist, haben alle Komparatoren hohe Pegelausgaben. Daher werden alle DMOS-Schalter eingeschaltet, und alle LEDs 103₀ bis 1036 sind kurzgeschlossen. Ferner ist eine gleichgerichtete Spannung zu dieser Zeit nicht ausreichend, um selbst eine LED zu treiben. Folglich sind alle LEDs inklusive der höchsten LED 103₇ nicht beleuchtet.
Als nächstes sind, wenn die V_SENSE-Spannung (Vd) nicht niedriger als Vref₀ und niedriger als Vref₁ ist, die Ausgaben der Komparatoren 203₀ und 203₁ auf dem niedrigen Pegel bzw. auf dem hohen Pegel. Eine Eingabe des ODER-Elements 204₀ ist an die Ausgabe mit dem hohen Pegel des Komparators 2031 angeschlossen, und daher werden die DMOS-Schalter 205₀ und 205₁ beide eingeschaltet. Daher werden die LEDs 103₀ und 103₁ kurzgeschlossen und nicht beleuchtet. In diesem Fall ist die V_SENSE-Spannung (Vd) niedriger als irgendeine Referenzspannung von Vref₁ und Spannungen höher als Vref₁, und daher haben der Komparator 203₁ und alle aufsteigend davon existierenden Ausgaben mit hohen Pegel. Daher sind alle der gesteuerten LEDs kurzgeschlossen, und nur LED 103₇ , die höchste, ist beleuchtet.
Als nächstes wird, wenn die V_SENSE-Spannung (Vd) nicht niedriger als Vref₁ und niedriger als Vref₂ ist, das Gerät wie folgt betrieben. Die Ausgaben der Komparatoren 203₀ und 203₁ sind beide auf niedrigem Pegel, und die Ausgaben des Komparators 203₂ und der aufwärts davon existierenden sind alle auf einem hohen Pegel. Daher ist die Ausgabe des ODER-Elements 2040 auf einem niedrigen Pegel, und die Ausgaben der anderen ODER-Elemente sind auf einem hohen Pegel. Daher wird nur der DMOS-Schalter 205₀ ausgeschaltet, so dass nur LED 103₀ von den gesteuerten LEDs nicht kurzgeschlossen ist. Daher leuchten in diesem Fall zwei LEDs, die höchste LED 103₇ und LED 103₀ .
In ähnlicher Weise ist, wenn Vref₂ ≤ Vd < Vref₃, Vref₃ ≤ Vd < Vref₄, oder Vref₄ ≤ Vd < Vref₅, Vref₅ ≤ Vd < Vref₆, die Anzahl von leuchtenden LEDs 3, 4, 5 bzw. 6.
Als letztes ist, wenn Vd nicht niedriger als Vref₆ ist, Vd höher als alle Referenzspannungen und die Ausgaben von all den Komparatoren sind auf einem niedrigen Pegel. Daher sind alle DMOS-Schalter ausgeschaltet, und alle acht (8) LEDs inklusive der höchsten LED 103₇ leuchten.
In obigem Betrieb ist es selbstverständlich, dass, wenn Vd bis zu Vref_k (0 ≤ k ≤ 5) oder mehr geht, die Anzahl von LEDs, die beleuchtet werden, wenn Vd Vref_k erreicht, maximal (k+1) (wenn sie Vref₆ erreicht, ist die Anzahl 8). Wenn Vd auf Vref_k (0 ≤ k ≤ 6) oder niedriger heruntergeht, wird die Anzahl von LEDs, die beleuchtet werden, wenn Vd kleiner als Vref_k wird, maximal k.
Als nächstes wird der Aufbau und der Betrieb der floatenden Stromquelle 102 in 1 Bezug nehmend auf 6 beschrieben, die einen exemplarischen Aufbau davon zeigt. Die floatende Stromquelle 102 in der Figur vermeidet den Fluss eines Stroms mit einem bestimmten Wert oder mehr zu dem LED-Array (daher hat die floatende Stromquelle 102 Überstromschutzfunktion).
Transistoren Q1 und Q2, Widerstände R1 (Widerstandswert r1) und R2 (Widerstandswert r2 mit r2 >> r1). Ein Anschluss des Widerstands R2 ist an einen Kollektor des Transistors Q1 angeschlossen, und der andere Anschluss davon ist an eine Basis des Transistors Q1 und einen Kollektor des Transistors Q2 angeschlossen. Die Basis und der Emitter des Transistors Q1 sind an den Kollektor bzw. die Basis des Transistors Q2 angeschlossen. Ein Anschluss des Widerstands R1 ist an den Emitter des Transistors Q1 und die Basis des Transistors Q2 angeschlossen, wohingegen der andere Anschluss an den Emitter des Transistors Q2 angeschlossen ist. Das LED-Array 103 ist an einen Anschlusspunkt zwischen dem Emitter des Transistors Q2 und dem Widerstand R1 angeschlossen.
In dem obigen Aufbau ist eine gleichgerichtete Spannung Vrec an einem Plus-Ausgabeanschluss A (1) des Gleichrichterschaltkreises 101 an den Kollektor des Transistors Q1 und an die Basis des Transistors Q1 über den Widerstand R2 angelegt. Das Anlegen von Vrec führt dem Transistor Q1 über R2 einen Basisstrom zu, um den Transistor Q1 einzuschalten. Dann erlaubt ein Anstieg des Stroms, der durch den Widerstand R1 fließt, es einer an den Widerstand R1 angelegten Spannung, gleich einer Spannung V_BE zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors Q2 zu sein, und der Transistor Q2 wird eingeschaltet, und ein Basisstrom des Transistors Q1 fällt, um den Transistor Q1 auszuschalten. Entsprechend ist der durch das LED-Array 103 fließende Strom maximal auf V_BE/r1 beschränkt. Dies kann ein Ansteigen von Leistungsverlusten vermeiden, die von einem Fließen eines Stroms mit einem bestimmten Wert oder größer zu dem LED-Array bewirkt werden.
Es ist gewünscht, dass die Gesamtsumme von Vorwärtsspannungen von LEDs, die in dem LED-Array 103 zu beleuchten sind, zu diesem Zeitpunkt so nah wie möglich an eine Eingabespannung Vrec der floatenden Stromquelle angenähert ist, zum Minimieren eines Spannungsabfalls bei Q1, womit versucht wird, eine höhere Leistungseffizienz zu erhalten. Ferner erlaubt solch ein Betrieb, die floatende Stromquelle mittels kostengünstiger und Niedrigspannungs-Geräte zu bilden. In diesem Zusammenhang kann die vorliegende Erfindung die maximale Anzahl von LEDs beleuchten, die mittels einer gleichgerichteten Spannung zu irgendeinem Zeitpunkt beleuchtet werden können, und daher ist es möglich, einen Spannungsabfall der floatenden Stromquelle über die gesamte Periode einer gleichgerichteten Spannungswellenform zu minimieren.
2. Zweites Ausführungsbeispiel
Als nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung Bezug nehmend auf 7 beschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel hat einen Aufbau, der äquivalent zu dem in 1 gezeigten ist, mit der Ausnahme, dass LEDs parallel angeordnet sind und ein Beleuchtungs-LED-Auswahlschaltkreis 204 und ein Schalterschaltkreis 205 zu einem Steuerlogikschaltkreis 204 und einem Schalterschaltkreis 205' modifiziert sind. Daher sind die verbleibenden Teile dieses Ausführungsbeispiels dieselben wie die in 1 gezeigten.
In 7 sind LEDs 103'_0-1 bis 103'₍ _N-1 ₎ _- ₃ in eine Anzahl von N Blocks aufgeteilt, die jeweils drei LEDs haben, wie mittels punktierter Rahmen angezeigt. Diese Blöcke enthalten Block 0 aufweisend 103'_0-1 , 103'_0-2 und 103'_0-3 ; Block 1 aufweisend 103'_1-1 , 103'_1-2 und 103'_1-1 ; entsprechend Block 2, Block 3, ..., Block (N-2); und schließlich Block (N-1) aufweisend 103'₍ _N-1 ₎ _- ₁ , 103'₍ _N-1 ₎ _- ₂ und 103'₍ _N-1 ₎ _- ₃ . N stellt eine ganze Zahl von nicht weniger als 1 dar, die abhängig von Erfordernissen eines Ausführungsbeispiels geeignet eingestellt werden kann.
In diesem Ausführungsbeispiel sind LEDs von jedem Block an korrespondierende FETs (Feldeffekttransistoren 205'_0-1 bis 205'_(N-1)3 ) angeschlossen, wie in der Figur gezeigt. Es ist selbstverständlich, dass die Verbindung dieses Ausführungsbeispiels ein Aufbau ist, wobei zwei Strukturen mit seriell geschalteten DMOS und LEDs zusätzlich zu dem Aufbau in 5 parallel geschaltet sind, aufweisend DMOS 205_k (k=0 bis N-1) und LEDs 103k, angeschlossen zwischen Source und Drain jedes DMOS. Als ein Schalterelement des Schalterschaltkreises 205' werden in 7 FETs anstelle von DMOS verwendet, aber es ist überflüssig zu sagen, dass DMOS und andere Transistoren verwendet werden können. Ferner ist die Anzahl von Aufbauten mit seriell geschalteten FETs und LEDs zwei, aber diese Anzahl kann abhängig von Erfordernissen eines Ausführungsbeispiels geeignet bestimmt werden.
Drei LEDs des Blocks 0 werden zum Beispiel beschrieben. Die LED 103'_0-1 wird zwischen Source und Drain eines FETs 205'_0-1 über Anschlüsse GND und V2 angeschlossen. LEDs 103'_0-2 und 103'_0-3 werden in Serie mit FETs 205'_0-2 und 205'_0-3 über Anschlüsse V₀ bzw. V₁ seriell angeschlossen. Ferner werden eine Struktur von seriell geschalteten LEDs 103'_0-2 und FET 205'_0-2 und eine Struktur von seriell geschalteten LEDs 103'_0-3 und FET 205'_0-3 parallel zu FET 205'_0-1 geschaltet. Ein Steuersignal von dem Steuerlogikschaltkreis 204' wird als Eingabe an jede Basis der FETs 205'_0-1 , 205'_0-2 und 205'_0-3 eingegeben, und jeder FET wird in Reaktion auf ein Logikpegel des Steuersignals ein- oder ausgesteuert werden.
Wie in der Figur gezeigt, wird der Verbindungsaufbau zwischen jeder LED und dem korrespondierenden FET in einem Block 0 auf dieselbe Weise an LEDs von anderen Blocks angelegt. Ein Block 1 ist seriell an den Block 0 angeschlossen, und in entsprechender Weise sind Blöcke bis zu einem Block (N-1) seriell angeschlossen.
Wie oben beschrieben, weist in dem zweiten Ausführungsbeispiel jeder Block eine Mehrzahl von LEDs auf, und FETs sind mit LEDs seriell geschaltet. Daher approximiert das zweite Ausführungsbeispiel eine Verbrauchsstromwellenform von LED zu einer Quellenspannungswellenform mittels geeigneten Durchführens eines Logikdesigns eines Steuerlogikschaltkreises, was den Vorteil einer harmonischen Unterdrückung einer Leistungsquelle bereitstellt.
Ferner kann die Helligkeit mittels Justierens der Anzahl von beleuchteten LEDs ohne Verschlechterung der Effizienz eingestellt werden. Ferner können LEDs mit unterschiedlichen elektrischen Charakteristika/optischen Charakteristika in jedem Block verwendet werden und/oder innerhalb jeden Blocks. Zum Beispiel können LEDs mit unterschiedlichen Farben zum Ändern des Farbtons verwendet werden.
Als nächstes wird ein exemplarisches LED-Beleuchtungsverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das Verfahren enthält die folgenden Schritte 100 bis 400.

– Ein Schritt des Bereitstellens eines LED-Arrays, aufweisend eine Mehrzahl von seriell geschalteten LEDs (Schritt 100)
– Ein Schritt des Gleichrichtens einer AC-Leistungsspannung (Schritt 200)
– Ein Schritt des Zuführens der gleichgerichteten Spannung zu dem LED-Array (Schritt 300)
– Ein Schritt des Bestimmens der Größe der gleichgerichteten Spannung (Schritt 400)

Schritt 400 kann einen Schritt des Vergleichens einer geteilten gleichgerichteten Spannung mit einer Referenzspannung enthalten, so dass die gleichgerichtete Spannung innerhalb eines gewünschten Spannungsbereichs fällt. Ferner kann Schritt 400 einen Schritt des Ermittelns der Größe der gleichgerichteten Spannung in Verbindung mit Referenzspannung aufweisen. Mit anderen Worten kann Schritt 400 einen Schritt des Ermittelns der Größe der gleichgerichteten Spannung mittels Durchführens eines Vergleichs zwischen der gleichgerichteten Spannung und einer oder einer Mehrzahl von Referenzspannungen enthalten. In diesem Fall kann die Anzahl von beleuchteten/kurzgeschlossenen LEDs abhängig von der ermittelten Größe der gleichgerichteten Spannung ermittelt werden. Zum Beispiel werden, wenn die gleichgerichtete Spannung kleiner als die niedrigste Referenzspannung ist, die minimale Anzahl von LEDs beleuchtet. Wenn die größte Referenzspannung, die kleiner als die gleichgerichtete Spannung ist, höher wird, erhöht sich die Anzahl von beleuchteten LEDs graduell. Wenn die gleichgerichtete Spannung höher als die höchste Referenzspannung ist, ist die maximale Anzahl von LEDs beleuchtet.
Die vorliegende Erfindung wird mittels Erläuterns einiger Ausführungsbeispiele beschrieben, aber ist darauf nicht beschränkt. Daher enthält die vorliegende Erfindung zahlreiche Modifikationen und Alternativen zu diesen Ausführungsbeispielen. Einige dieser Modifikationen und Alternativen werden unten beispielhaft beschrieben.
Das exemplarisch beschriebene Ausführungsbeispiel ist so konfiguriert, dass eine geteilte gleichgerichtete Spannung mit einer Referenzspannung verglichen wird. Allerdings enthält der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung den direkten Vergleich zwischen einer gleichgerichteten Spannung und einer Referenzspannung ohne die Spannungsaufteilung der gleichgerichteten Spannung. Bei solch einem Aufbau ist es eine Frage des Designs, wie Referenzspannungserzeugungsmittel und Vergleichsmittel zwischen einer Referenzspannung und einer gleichgerichteten Spannung konfiguriert werden.

– Mittel zum Ermitteln des Größenbereichs einer gleichgerichteten Spannung sind nicht auf einen Aufbau beschränkt, bei dem eine gleichgerichtete Spannung mit einer oder einer Mehrzahl von Referenzspannungen verglichen wird. Zum Beispiel kann Beleuchten/Kurzschließen jeder LED abhängig von der Größe einer Differenz zwischen Referenzspannung und gleichgerichteter Spannung gesteuert werden. Ferner wird die Größe der gleichgerichteten Spannung mittels eines bekannten Spannungsdetektionsschaltkreises gemessen, und abhängig von dem gemessenen Ergebnis kann Beleuchtung/Kurzschluss von jeder LED gesteuert werden.
– In dem oben erläuterten Ausführungsbeispiel ist es bevorzugt, solch eine Referenzspannung einzustellen, um eine maximale Anzahl von LEDs, die mittels einer gleichgerichteten Spannung zu einem beliebigen gegebenen Zeitpunkt treibbar sind, beleuchten zu können, unter einem Gesichtspunkt der effizienten Verwendung der Leistungsquelle. Allerdings ist die Art des Einstellens einer Referenzspannung eine Frage des Designs, die unter Berücksichtigung von Leistungseffizienzverbesserung und anderen Erfordernissen eines Ausführungsbeispiels ermöglicht werden kann.
– Der Beleuchtungs-LED-Auswahlschaltkreis des erläuterten Ausführungsbeispiels beleuchtet gesteuerte LEDs sequentiell von einer Seite zu der anderen Seite des LED-Arrays, wenn die gleichgerichtete Spannung sich erhöht, wohingegen er LEDs in einer umgekehrten Richtung gegenüber der obigen kurzschließt, das heißt in einer Sequenz von der anderen Seite zu der einen Seite, wenn die gleichgerichtete Spannung erniedrigt wird. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf solch eine Beleuchtungssequenz beschränkt. Zum Beispiel können, wenn die Größe der gleichgerichteten Spannung gleichgehalten wird, LEDs an jeder Stelle in dem LED-Array kurzgeschlossen oder beleuchtet werden, in Reaktion auf eine Erhöhung oder Verringerung der gleichgerichteten Spannung, wohingegen die Anzahl von kurzgeschlossenen oder beleuchteten LEDs gleichgehalten wird. Kurzzuschließende oder zu beleuchtende LEDs können unter Berücksichtigung elektrischer Charakteristika/optischer Charakteristika von LEDs ausgewählt werden.
– In einigen Fällen sind Inkremente von individuellen Referenzspannungen konstant (in diesem Fall hat in dem exemplarisch dargestellten Ausführungsbeispiel jeder Referenzwiderstand denselben Widerstandswert), aber in anderen Fällen können Inkremente davon unterschiedlich sein. Zum Beispiel, wenn Vorwärtsspannungen von individuellen LEDs unterschiedlich sind, ist es möglich, unterschiedliche inkrementelle Werte von Referenzspannungen abhängig davon einzustellen (mit anderen Worten haben ein Teil oder die gesamten Referenzwiderstände in dem erläuterten Ausführungsbeispiel unterschiedliche Widerstandswerte).
– In dem erläuterten Ausführungsbeispiel wird ein Schalterelement zum Kurzschließen/Beleuchten einer LED verwendet. Allerdings ist es für ein Schalterelement möglich, eine Mehrzahl von LEDs kurzzuschließen/zu beleuchten. Dies kann zum Beispiel mittels Verbindens einer Mehrzahl von LEDs in Serie zwischen Drain und Source von jedem einzelnen oder mehreren DMOS-Schaltern in dem ersten Ausführungsbeispiel erreicht werden.
– Der Gleichrichterschaltkreis ist nicht auf einen Vollwellengleichrichterschaltkreis beschränkt, sondern kann ein anderer Gleichrichterschaltkreis wie zum Beispiel ein Halbwellengleichrichterschaltkreis sein.
– Eine Impedanzkomponente wie zum Beispiel ein strombegrenzender Widerstand kann anstelle einer floatenden Stromquelle verwendet werden. Wenn eine Impedanzkomponente in dem erläuterten Ausführungsbeispiel verwendet wird, ist die Impedanzkomponente seriell zwischen den Plus-Ausgabeanschluss A des Gleichrichterschaltkreises 101 und das LED-Array 103 geschaltet.
– Das erläuterte Ausführungsbeispiel setzt eine Zener Diode zum Erzeugen einer konstanten Spannung ein, allerdings kann ein Konstantspannungserzeugungsschaltkreis mit anderem bekannten Aufbau zum Erzeugen einer konstanten Spannung eingesetzt werden.
– Ein Temperaturkompensationsschaltkreis kann zu dem Aufbau von 6 hinzugefügt werden, um Temperatureinflüsse auf die floatende Stromquelle zu vermeiden.
– In dem erläuterten Ausführungsbeispiel ist der LED-Beleuchtungssteuerschaltkreis als auf einem Chip montiert beschrieben, aber ist darauf nicht beschränkt. Zum Beispiel kann ein Teil oder der gesamte solche Schaltkreis als eine individuelle Komponente aufgebaut sein.
– Die obigen Ausführungsbeispiele stellen verschiedene Werte (Widerstandswerte, Kapazitätswerte, Spannungswerte, etc.) nur als Beispiele dar. Daher ist es selbstverständlich, dass diese Werte abhängig von Erfordernissen eines Ausführungsbeispiels geeignet eingestellt werden können.
– Wie oben beschrieben, erlaubt die vorliegende Erfindung eine effiziente Verwendung einer AC-Quelle in einem LED-Beleuchtungsgerät, und ist daher geeignet für Festkörperbeleuchtungsgeräte unter Verwendung von LEDs. Insbesondere ermöglicht die Adoption von Hochhelligkeits-LEDs in einem LED-Array vorzugsweise einen Ersatz für ein Fluoreszenzlicht oder ein Glühlicht.

Claims

Ein LED-Beleuchtungsgerät, aufweisend: einen Gleichrichterschaltkreis zum Gleichrichten einer AC-Quelle; ein LED-Array, das eine Mehrzahl von seriell geschalteten LEDs aufweist; eine floatende Stromquelle, die seriell zwischen den Gleichrichterschaltkreis und das LED-Array geschaltet ist; und ein Steuermittel zum Ermitteln der Größe einer Ausgabespannung des Gleichrichterschaltkreises und, abhängig von dem Ermittlungsergebnis, EIN/AUS Steuern eines Treiberstroms zu jeder LED des LED-Arrays.
Das LED-Beleuchtungsgerät gemäß Anspruch 1, wobei das Steuermittel konfiguriert ist, um eine solche maximale Anzahl von LEDs des LED-Arrays zu beleuchten, die mittels der ermittelten Größe der Ausgabespannung beleuchtet werden können.
Das LED-Beleuchtungsgerät gemäß Anspruch 2, wobei, wenn eine erhöhte Ausgabe des Gleichrichterschaltkreises die maximale Anzahl von LEDs des LED-Arrays erhöht, das Steuermittel ermittelt, dass die Ausgabespannung des Gleichrichterschaltkreises eine minimale Spannung erreicht, um so zu ermöglichen, dass die erhöhte maximale Anzahl von LEDs beleuchtet wird, und bei solch einer Ermittlung beleuchtet das Steuermittel die erhöhte maximale Anzahl von LEDs.
Das LED-Beleuchtungsgerät gemäß Anspruch 3, wobei das Steuermittel Vergleichsmittel zum Vergleichen der Ausgabespannung des Gleichrichterschaltkreises mit einer vorbestimmten Referenzspannung zum Erzeugen eines Vergleichsergebnissignals, anzeigend das Größenverhältnis dazwischen, aufweist.
Das LED-Beleuchtungsgerät gemäß Anspruch 4, wobei das Steuermittel Schaltermittel zum Schalten zwischen EIN und AUS eines Treiberstroms zu jeder LED des LED-Arrays in Reaktion auf das Vergleichsergebnissignal aufweist.
Das LED-Beleuchtungsgerät gemäß Anspruch 5, wobei das Steuermittel Referenzspannungserzeugungsmittel zum Erzeugen einer Mehrzahl unterschiedlicher Referenzspannungen aufweist, und die Schaltermittel eine Mehrzahl von Schalterelementen aufweist, so dass jedes Schalterelement zwischen EIN und AUS eines Treiberstroms zu einer entsprechenden LED oder einer Mehrzahl von entsprechenden LEDs schaltet, wobei: die vorbestimmte Referenzspannung von der Mehrzahl unterschiedlicher Referenzspannungen gebildet ist; das Vergleichsmittel die Ausgabespannung des Gleichrichterschaltkreises mit jeder der Mehrzahl von unterschiedlichen Referenzspannungen vergleicht, das Vergleichsergebnissignal anzeigend das Größenverhältnis dazwischen erzeugt, und das Vergleichsergebnissignal einem entsprechenden Schalterelement der Mehrzahl von Schalterelementen zuführt; und jede der Mehrzahl von Schalterelementen zwischen EIN und AUS eines Treiberstroms zu der einen entsprechenden LED oder der Mehrzahl von entsprechenden LEDs in Reaktion auf das Vergleichsergebnissignal schaltet.
Das LED-Beleuchtungsgerät gemäß Anspruch 6, wobei das Vergleichsmittel eine Mehrzahl von Komparatoren aufweist, von denen jeder zwei Eingaben hat, wobei jede der Mehrzahl von unterschiedlichen Referenzspannungen an eine Eingabe jedes Komparators eingegeben wird und die Ausgabespannung des Gleichrichterschaltkreises zu der anderen Eingabe eingegeben wird, und jeder Komparator einen Vergleich zwischen den zwei Eingaben zum Erzeugen jedes der Vergleichsergebnissignale macht.
Das LED-Beleuchtungsgerät gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei jede der minimalen Spannungen, von denen jede zum Beleuchten einer unterschiedlichen maximalen Anzahl von LEDs fähig ist, identisch zu jeder der Mehrzahl von unterschiedlichen Referenzspannungen ist.
Das LED-Beleuchtungsgerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, aufweisend eine Impedanzkomponente anstelle einer floatenden Stromquelle.
Das LED-Beleuchtungsgerät gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei das Schalterelement ein Transistor ist.
Das LED-Beleuchtungsgerät gemäß Anspruch 10, wobei der Transistor ein DMOS-Transistor ist.
Das LED-Beleuchtungsgerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Steuermittel LEDs des LED-Arrays sequentiell von einer Richtung beleuchtet, wenn die Ausgabespannung des Gleichrichterschaltkreises erhöht wird, und dann die beleuchteten LEDs den Beleuchtungszustand aufrechterhalten.
Das LED-Beleuchtungsgerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, ferner aufweisend ein Spannungsteilermittel zum Teilen der gleichgerichteten Spannung, wobei das Steuermittel die Größe der aufgeteilten Spannung ermittelt, erhalten mittels Teilens der Ausgabespannung des Gleichrichterschaltkreises mit dem Spannungsteilermittel anstelle der Größe der Ausgabespannung des Gleichrichterschaltkreises.